Hoje, cientistas do Large Hadron Collider anunciaram uma nova partícula subatômica que é consistente com as previsões desses teóricos.

Esta é uma das maiores descobertas científicas do século XXI, até agora.

Mas o que é exatamente este “Bóson de Higgs”, e por que os físicos de partículas gastaram mais de 40 anos procurando por ela?

Buscando trazer mais informações aos leitores do blog, resolvi traduzir esse artigo “fresquinho” do site da BBC News.

• O QUE É O BÓSON DE HIGGS?

A partícula só existe nas mentes dos físicos teóricos. Existe uma teoria “robusta” acerca de como o Universo funciona – todas as partículas que produzem átomos e moléculas e toda a matéria que nós vemos, muitas das forças que os governam, e uma pequena coleção de partículas ainda mais exóticas. Esse é o chamado “Modelo Padrão”.

Entretanto, existe um buraco evidente na teoria: ele não explica como é que algumas das partículas ganham sua massa. O mecanismo de Higgs foi proposto em 1964 por seis físicos, incluindo o teórico de Edimburgo Peter Higgs, como uma explicação para preencher esse ‘buraco.

• QUER ENTENDER MELHOR O ASSUNTO?

ACOMPANHE A ANALOGIA A SEGUIR:

A melhor teoria dos cientistas para explicar porque coisas diferentes possuem massa é o “campo de Higgs” – onde a massa pode ser percebida como uma medida da resistência ao movimento. O “campo de Higgs” é exibido aqui como uma sala cheia de físicos conversando entre si.

Um cientista bem conhecido entra na sala e causa uma grande agitação – atraindo admiradores a cada passo e interagindo fortemente com eles – assinando autógrafos e parando para conversar com cada um.

À medida que ela torna-se rodeada por seus ‘fãs”, ela encontra mais resistência para se mover ao longo da sala – nesta analogia, ela adquire massa devido ao “campo” de fãs, com cada fã atuando como um bóson de Higgs.

Se um cientista menos popular entra na sala, apenas uma pequena parcela de público é arrecadada, com ninguém clamando por atenção. Ele sente que é mais fácil se mover ao longo da sala – por analogia, sua interação com os bósons é menor, e então ele tem uma massa menor.

FONTE DAS IMAGENS: CERN/UCL via BBC News

• POR QUÊ A MASSA É TÃO IMPORTANTE?

Massa é, de forma bem simples, uma medida de quanta coisa um objeto – uma partícula, uma molécula ou um Yokshire Terrier – contém. Se não fosse pela massa, todas as partículas fundamentais que geram os átomos e os cãezinhos Terrier poderiam ficar zanzando por aí à velocidade da luz, e o Universo como nós o conhecemos poderina nunca ter se consendado em forma de matéria.

O mecanismo de Higgs propõe que existe um campo permeando o Universo – o campo de Higgs – que permite às partículas obter sua massa. Interações com o campo – com os bósons de Higgs que vêm de lá – têm o propósito de dar massa às partículas. Isso não é diferente de um campo de partículas de neve, no qual a marcha impede o progresso; seus sapatos interagindo com as partículas de neve diminuem sua velocidade.

• POR QUÊ OS CIENTISTAS PROCURAM PELO BÓSON DE HIGGS?

Ironicamente, o Modelo Padrão não prevê uma massa exata para o bóson de Higgs, Aceleradores de partículas tais como os do LHC são usados para procurar sistematicamente pela partícula ao longo de uma faixa de massas onde ele pode plausivelmente estar. O LHC trabalha colidindo e ‘esmagando’ dois raios de partículas sub-atômicas chamadas prótons (ou protões, para os meus colegas portugueses) a velocidades próximas à da luz. Isso gera um vasto ‘chuveiro’ de partículas que são criadas apenas em condições de altas energias.

O bóson de Higgs provavelmente nunca poderá ser observado diretamente, mas os cientistas no LHC têm procurado por um que fugazmente possa existir nessa sopa de partículas. Se ele se comportar como os pesquisadores pensam que ele o fará, ele deveria posteriormente decair em uma série de outras partículas, deixando um rastro que prova a sua existência.

O LHC não é a primeira máquina que procura pela partícula. Outra, de nome LEP, que também funcionou no CERN de 1989 a 2000, descartou a partícula até uma certa faixa de massas, e até o seu desligamento em 2011, o acelerador Tevatron procurou pela partícula numa faixa superior de massas. Na segunda-feira, o time do Tevatron liberou sua análise final, que tentadoramente aponta para uma partícula muito parecida com aquela que os dados do LHC sugerem.

• QUANDO NÓS SABEREMOS SE ELA FOI REALMENTE ENCONTRADA?

Os físicos de partículas são notoriamente conservadores quando se trata de dize se eles encontraram algo. Se você jogar uma moeda 10 vezes e conseguir 8 coroas, você poderá pensar que a moeda está de alguma forma ‘viciada’. Mas apenas após centenas de jogadas você poderá afirmar isso com um tipo de certeza que os físicos requerem para uma descoberta “formal”.

O primeiro obstáculo é definitivamente determinar a massa da partícula – fazendo um confronto entre grupos de dados – e esta parte está quase concluída. A próxima etapa é certificar-se de que a partícula se comporta como a teoria prediz – como ela interage com outras partículas e como ela decai em outras partículas mais. Esta é a última fronteira da física de altas energias e uma completa e certa entrada no Modelo Padrão está provavelmente um pouco longe de acontecer. 

• ENTÃO QUANDO?

Muitos físicos profissionais poderiam dizer que encontrar o bóson de Higgs na precisa maneira que a teoria prediz poderia ser um verdadeiro desapontamento. Projetos de larga escala tais como o LHC são construídos com o objetivo de expandir o conhecimento, e confirmar a existência da partícula exatamente onde nós esperávamos, enquanto poderia ser um grande triunfo para nossa compreensão da física, poderia ser muito menos excitante do que não encontrá-la. São esses tipos de surpresas que têm levado a revoluções na ciência.  

Fiquemos tranquilos, embora – se o padrão continuar e essa versão mais simples do bóson de Higgs tomar o lugar de honra no Modelo Padrão, muitas grandes questões permenecem. Afinal de contas, o Modelo Padrão explica a matéria como nós a conhecemos, mas existe muita razão para acreditar que a matéria ocupa apenas 4% do Universo observável. O resto – matéria escura e energia escura – pode se provar ainda mais difícil de definir. É como se nós estivéssemos próximos a completar um lado de um cubo de Rubik e sendo lembrados de que as outras cinco faces ainda estão bagunçadas. 

• O Modelo Padrão é o mais simples conjunto de ingredientes – partículas elementares – necessários para criar o mundo como nós vemos.

• Quarks são combinados para produzir, por exemplo, os prótons e os nêutrons – os quais formam os núcleos dos átomos hoje – embora combinações mais exóticas existissem nos primeiros dias do Universo.

• Léptons existem em versões carregadas ou neutras; elétrons – são os létons carregados mais familiares – junto com os quarks produzem toda a matéria que podemos ver; os létons neutros são os neutrinos, que raramente interagem com a matéria.

• As “forças motrizes” (force carriers) são partículas cujos movimentos são observados como forças familiares, tais como as que estão por trás da eletricidade e luz (eletromagnetismo) e decaimento radioativo (força nuclear fraca).

•  O bóson de Higgs surgiu porque apesar do Modelo Padrão se sustentar razoavelmente bem, nada requer que as partículas possuam massa; para uma teoria mais completa, o bóson de Higgs – ou algo além – precisa preencher essa lacuna.

P.S.: E porque ela é chamada de “Partícula de Deus”? 

Segundo essa outra fonte:

O bóson de Higgs é chamado de “Partícula de Deus” por causa de um livro que teve o título trocado. O Prêmio Nobel de Física, Leon Lederman, queria chamá-lo de “The Goddamn Particle” (“a partícula maldita”), por ser difícil de encontrá-la. O editor tirou o termo “damn” e colocou o título de “The God Particle”, já que temia que a palavra “maldita” fosse considerada insultante.